基于LS-DYNA对静压单桩沉桩过程的数值模拟

发布时间：2017-05-24 11:23

  本文关键词：基于LS-DYNA对静压单桩沉桩过程的数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：静压桩由于其沉桩过程振动少、噪音小、对施工场地污染少、桩身质量有保障且施工工期短等优点,在基础工程建设中的应用日益广泛。但静压桩属于挤土桩,在沉桩施工过程中,土体在桩体剧烈的贯入作用下会产生严重的挤土效应,这就会给周边环境、桩基质量以及桩基后期承载力等带来许多不利的影响。因此,研究静压沉桩过程对桩周土体的挤压效应具有非常重要的意义。本文基于有限元软件LS-DYNA,根据静压桩的实际施工情况,建立了可以考虑土体的大变形、土体剪胀性质、土体初始重力场、桩土界面摩擦等情况下的三维实体桩土系统模型,通过运用多物质ALE流固耦合法和位移加载法成功实现了静压桩的连续贯入模拟,得到了整个沉桩过程中沉桩阻力及桩周土体应力、应变的变化规律。主要包括以下内容:(1)首先简单介绍了有限元软件LS-DYNA的发展以及建模分析流程,然后对在LS-DYNA中实现静压沉桩数值模拟需要注意的几项关键事项及解决方法进行了介绍,如土体大变形处理、土体本构模型和参数的选取、土体初始应力场的施加以及桩土之间耦合设置等。(2)针对静压实心桩挤土效应问题,首先从机理上对静压桩的沉桩特性以及沉桩阻力变化规律进行了阐述;然后利用有限元软件LS-DYNA对静压实心桩沉桩的全过程进行了数值模拟,并对模拟所得的土体内部应力、应变、土体表面位移以及沉桩阻力变化规律进行了详细分析,最后系统探讨了桩头锥角、桩土摩擦系数以及土层分层性状对实心桩沉桩挤土效应的影响。(3)针对空心管桩沉桩挤土效应问题,首先从机理上对静压开口管桩形成土塞效应进行了分析;然后利用有限元软件LS-DYNA对静压开口管桩沉桩的全过程进行了数值模拟,结果表明,LS-DYNA能够模拟出开口管桩从沉桩开始到形成土塞并最终呈现完全闭塞性态的整个过程,研究发现在沉桩相同深度处,桩内土体应力远大于桩外土体应力,这是导致土塞形成的主要原因。最后系统探讨了桩靴形状、管桩截面尺寸、桩土摩擦系数以及层状土分布对静压开口管桩土塞高度和沉桩阻力的影响。
【关键词】：静压桩 LS-DYNA 挤土效应 土塞效应 沉桩阻力
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU473.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 引言9
• 1.2 静压沉桩过程中的不利影响9-11
• 1.3 静压沉桩的研究现状11-17
• 1.3.1 解析分析11-13
• 1.3.2 数值模拟13-15
• 1.3.3 模型和现场试验15-17
• 1.4 本文的主要工作17-19
• 2 静压沉桩过程在LS-DYNA中的实现19-28
• 2.1 软件LS-DYNA的简介19-20
• 2.1.1 LS-DYNA发展概述19
• 2.1.2 LS-DYNA分析流程19-20
• 2.2 在LS-DYNA中模拟静压沉桩要考虑的关键事项20-27
• 2.2.1 土体大变形处理方法20
• 2.2.2 土体本构模型及其参数的选择20-24
• 2.2.3 土体初始重力场的施加24-26
• 2.2.4 桩土耦合方法26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 3 静压实心单桩沉桩过程的数值模拟28-49
• 3.1 静压实心桩的沉桩机理28-30
• 3.1.1 概述28
• 3.1.2 沉桩阻力28-30
• 3.2 静压实心单桩在LS-DYNA中的建模过程及结果分析30-40
• 3.2.1 基本假定30
• 3.2.2 主要材料模型和参数30-31
• 3.2.3 模型尺寸和网格划分31-33
• 3.2.4 桩土耦合参数的设置33
• 3.2.5 初始应力场及边界条件33-34
• 3.2.6 位移加载34-35
• 3.2.7 模拟的结果分析35-40
• 3.3 桩头锥角对沉桩过程的影响及分析40-42
• 3.3.1 对比方案设计40
• 3.3.2 模拟结果分析40-42
• 3.4 桩土摩擦系数对沉桩过程的影响及分析42-44
• 3.4.1 对比方案设计42
• 3.4.2 模拟结果分析42-44
• 3.5 土层分层性状对沉桩过程的影响和分析44-48
• 3.5.1 对比方案设计44-45
• 3.5.2 模拟结果分析45-48
• 3.6 本章小结48-49
• 4 静压管桩沉桩过程的数值模拟49-69
• 4.1 静压管桩土塞效应机理49-53
• 4.1.1 概述49
• 4.1.2 土塞的力学机制49-51
• 4.1.3 土塞闭塞程度的评价51-52
• 4.1.4 土塞性状的影响因素52-53
• 4.2 静压开口管桩的模拟结果分析53-58
• 4.3 桩靴形状的沉桩过程的影响及分析58-61
• 4.3.1 对比方案设计58
• 4.3.2 模拟结果分析58-61
• 4.4 管桩截面尺寸对沉桩过程的影响及分析61-64
• 4.4.1 对比方案设计61
• 4.4.2 模拟结果分析61-64
• 4.5 桩土摩擦系数对沉桩过程的影响及分析64-65
• 4.5.1 对比方案设计64
• 4.5.2 模拟结果分析64-65
• 4.6 土层分层性状对沉桩过程的影响及分析65-67
• 4.6.1 对比方案设计65
• 4.6.2 模拟结果分析65-67
• 4.7 本章小结67-69
• 5 结论69-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士期间发表学术论文情况74-75
• 致谢75

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10 刘金v

本文编号：390647